2021版高考物理教科版大一轮复习基础自查学案：选修3-42.1 光的折射 全反射
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第二章 光
第1讲 光的折射 全反射
必备知识
一、光的折射定律、折射率
1.折射现象:光从一种介质进入另一种介质时,在界面上传播方向发生改变的现象。
2.折射定律:
(1)内容:折射光线与入射光线、法线处在同一平面内,折射光线与入射光线分别位于法线的两侧;入射角的正弦与折射角的正弦成正比。
(2)表达式:n12=。
(3)在光的折射现象中,光路是可逆的。
3.折射率:
(1)定义:光从真空射入某种介质发生折射时,入射角的正弦与折射角的正弦的比值。
(2)定义式:n=。
(3)计算公式:n=,因为v<c,所以任何介质的折射率都大于1。
(4)物理意义:折射率仅反映介质的光学特性,折射率大,说明光从真空射入到该介质时偏折大,反之偏折小。
人看到的鱼变浅了,鱼看到的人变高了。
二、全反射 光导纤维及光的色散
1.全反射:
(1)全反射的条件
①光从光密介质射入光疏介质。
②入射角大于或等于临界角。
(2)全反射现象:折射光完全消失,只剩下反射光。
(3)临界角:折射角等于90°时的入射角,用C表示,且sin C=。
2.光的色散:
(1)色散现象:白光通过三棱镜会形成由红到紫七种色光组成的彩色光谱。
(2)成因:由于n红<n紫,所以以相同的入射角射到棱镜界面时,红光和紫光的折射角不同,紫光折射得更明显些,当它们射出另一个界面时,紫光的偏折角最大,红光的偏折角最小。
基础小题
1.判断下列题目的正误。
(1)光的传播方向发生改变的现象叫光的折射。 ( )
(2)入射角越大,折射率越大。 ( )
(3)光密介质和光疏介质是相对而言的。同一种介质,相对于其他不同的介质,可能是光密介质,也可能是光疏介质。 ( )
(4)若光从空气中射入水中,它的传播速度一定增大。 ( )
(5)在光的反射和全反射现象中,均遵循光的反射定律,光路均是可逆的。
( )
(6)根据n=可知,介质的折射率与光在该介质中的光速成反比。 ( )
提示:(1)×。光的反射也可以改变光的传播方向,但不是折射。
(2)×。折射率由介质本身性质决定,与入射角的大小无关。
(3)√。光密介质和光疏介质是相对而言的。同一种介质,相对于其他不同的介质,可能是光密介质,也可能是光疏介质。
(4)×。由公式n=,知光从空气射入水中,传播速度变小。
(5)√。光的反射和全反射均遵循光的反射定律,且光路均是可逆的。
(6)√。由于真空中的光速是一个定值,故n与v成反比。
2.如图,一束光由空气射向半圆柱体玻璃砖,O点为该玻璃砖截面的圆心,图中能正确描述其光路的是 ( )
【解析】选A。光从玻璃砖射向空气时,如果入射角大于临界角,则发生全反射;如果入射角小于临界角,则在界面处既有反射光线,又有折射光线,但折射角应大于入射角,选项A正确,选项C错误;当光从空气射入玻璃砖时,在界面处既有反射光线,又有折射光线,且入射角大于折射角,选项B、D错误。
3.(教材改编题)光从介质a射向介质b,如果要在a、b两介质的分界面上发生全反射,必须满足的条件是 ( )
A.a是光疏介质,b是光密介质
B.光的入射角不能超过临界角
C.光在介质a中的速度小于在介质b中的速度
D.光在介质a中的频率大于在介质b中的频率
【解析】选C。光从介质a射向介质b,要在a、b介质的分界面上发生全反射,则a是光密介质,b是光疏介质,故A错误;要发生全反射,则光的入射角必须大于或等于临界角,故B错误;由以上分析得知,a的折射率大于b的折射率,由v=得知,光在介质a中的速度小于在介质b中的速度,故C正确;光的频率由光源决定,光由一种介质进入另一种介质频率不变,故D错误。
4.(多选)如图所示,S是红光与蓝光的固定的复色光源,发出一条细光束沿横截面为半圆形透明圆柱体玻璃砖圆心O的方向射入,经半圆柱体后打在光屏上的P点。现把玻璃砖绕过O点垂直纸面的轴逆时针转30°角,则可能 ( )
A.在P的上侧出现两个光点,靠近P的是红光
B.在P的下侧出现两个光点,靠近P的是红光
C.在P的上侧出现一个复色光点
D.在P的下侧只有一个红色光点
【解析】选B、D。由于红光的折射率小于蓝光,故从玻璃砖中折射出的光线在P的下侧出现两个光点,靠近P的是红光,选项A错误,B正确;如果入射角大于蓝光的临界角小于红光的临界角,蓝光发生全反射而红光射出,此时在P的下侧只有一个红色光点,选项C错误,D正确。
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